射频功率衰减器电阻值的确定

4
Vin 96Ω 71Ω 96Ω Vout
(5)
例如：若输入输出阻抗为R0=50Ω，衰减为10dB的π型衰减器，计算如下：
图 3 阻抗 50Ω,衰减 10dB 的π型衰减器
4.2 T型衰减器的计算 与π型衰减器计 算方法类似，设信号源的输出阻抗和负载阻抗均为 R0，电压衰减 倍数为 AT=Vin/Vout，R2=R3=R，如图4所示，这样已知R0和AT，要确定R1和R的值。
Vin R R0 R Vout R1 R0 负 载
～
信 号 源
图4
T 型衰减器的计算
根据阻抗匹配条件，从Vin往右看对地阻抗等于信号源的输出阻抗R0，即：
R + R1 //( R + R 0) = R 0 （6）式也可以变成： R1 //( R + R 0) = R 0 − R
根据电压衰减倍数的要求：AT=Vin/Vout 因为:
射频功率衰减器电阻值的确定
江苏省电子信息产品质量监督检验研究院 屈仁超
摘 要 射频功率衰减器是无线电领域常用部件，本文主要介绍射频功率衰减器的典型形 式，以及确定衰减器电阻值的计算方法。 关键词 衰减 阻抗匹配 π型 T型 1 概述 射频功率衰减器广泛用于电子仪器的测量、电磁兼容测试、以及测量仪器内部的衰减，等 等，其性能的好坏直接影响测试的准确度和测量仪器的精度。因此，设计一个精密优良的射频 功率衰减器对无线电测量具有重要意义。 2 电路形式 射频功率衰减器一般采用电阻元件，有两种主要电路形式：π型和T型。如图1所示：
Vin R0 R1 R Vout R0 负 载
～
信 号 源
R
图 2 π型衰减器的计算
1
虚线框内是为了计算方便虚加的。这样已知R0和AT，要确定R1和R的值。根据阻抗匹配条 件，从Vin往右看对地阻抗等于信号源的输出阻抗R0，即：
⇒
⇒ ⇒ ⇒
R //( R1 + R // R 0) = R 0 RR 0 R( R1 + ) R + R0 = R0 RR 0 R + ( R1 + ) R + R0 RR 0 RR 0 R( R1 + ) = RR 0 + R 0( R1 + ) R + R0 R + R0 RR 0 ( R − R 0)( R1 + ) = RR 0 R + R0 RR 0 RR 0 R1 + = R + R0 R − R0
( 10)
例如：若输入输出阻抗为R0=50Ω，衰减为10dB的T型衰减器，计算如下：
⇒ AT ≈ 3.16 20 lg AT = 10dB 3.16 − 1 R= × 50Ω ≈ 26Ω 3.16 + 1 2 × 3.16 R1 = × 50Ω ≈ 35Ω 3.16 2 − 1
Vin 26Ω 26Ω Vout
35Ω
图 5 阻抗 50Ω,衰减 10dB 的 T 型衰减器
4.3 π型衰减器与T型衰减器的比较 由以上计算可以看出，当衰减的分贝数较大时，在T型衰减器中R1将很小，由于受引线和焊 点的影响，阻值过小很难保证其精度，从而影响衰减的准确度。例如：输入输出阻抗为50Ω， 衰减为60dB时，T型衰减器中R≈50.1Ω，R1≈0.1Ω，而π型衰减器中R≈49.9Ω，R1≈25kΩ， 所以，当要求衰减较大时用π型衰减器较合适，一般衰减，π型衰减器和T型衰减器都适用。 5 结束语 衰减器可以组成级连形式，通过开关或继电器选择衰减量，以满足不同的衰减需要。射频 功率衰减器一定要进行屏蔽，并选用无感电阻，确保频响符合要求。为了承受相应的射频功率， 衰减器的电阻功率要有一定的余量。
Vin R2 R1 R3 Vout Vin R2 R1 R3 Vout
π 型 图 1 射频功率衰减器电路类型
T 型
对射频功率衰减器而言，一般不需要进行阻抗变换，即：输入阻抗和输出阻抗相等，电路 呈对称形式，所以不管是π型电路，还是T型电路，R2和R3取相同的阻值。 3 基本要求 射频功率衰减器必须遵循以下两条基本原则： 3.1 阻抗匹配 射频功率衰减器要对信号功率进行准确衰减必须阻抗匹配，不然就会形成驻波或反射，影 响测量准确度。对衰减器输入而言，输入阻抗要与信号源的输出阻抗匹配；对衰减器输出而言， 输出阻抗要与负载阻抗匹配。由于射频功率衰减器一般不需要进行阻抗变换，所以，输入阻抗、 输出阻抗、负载阻抗和信号源输出阻抗都相等。 3.2 衰减量符合要求 电 压 衰 减 20lgAT=20lg(Vin/Vout) (dB) 或 功 率 衰 减 10lgATP=10lg(Pin/Pout) (dB) 符 合 所 要 求 的 衰 减 值 ， 因 为 功 率 P=V2/R ， 由 于 输 入 阻 抗 等 于 输 出 阻 抗 ， 所 以 ， 10lgATP=10lg(Pin/Pout)=10lg(Vin2/Vout2)=20lg(Vin/Vout)=20lgAT，因此电压衰减的分贝数（dB）与功 率衰减的分贝数（dB）是一致的。根据衰减的分贝数（dB）可求出电压衰减的倍数AT。 4 电路分析计算 4.1 π型衰减器的计算 设信号源的输出阻抗和负载阻抗均为R0， 电压衰减倍数为AT=Vin/Vout， Vin和Vout分别为衰减 器的输入电压和输出电压，R2=R3=R，如图2所示：
因为:
Vout =
(2)
(3)
(4)
所以π型电路的计算公式为：
2
AT + 1 R0 R= AT − 1 2 R1 = AT − 1 R 0 2 AT ⇒ 20 lgAT = 10dB AT ≈ 3.16 3.16 + 1 × 50Ω ≈ 96Ω R= 3.16 − 1 3.162 − 1 × 50Ω ≈ 71Ω R1 = 2 × 3.16
(8)
3
⇒
R1 =
把8）式代入（9）式
R0 2 − R 2 ( 9) 2R AT − 1 R0 2 − ( R 0) 2 2 AT AT + 1 R1 = R0 = 2 AT − 1 A T −1 2× R0 AT + 1
所以T型电路的计算公式为：
AT − 1 R = R0 AT + 1 R1 = 2 AT R 0 AT 2 − 1
(6) (7)
R1 //( R + R 0) R0 × × Vin R + R1 //( R + R 0) R + R 0 R + R1 //( R + R 0) R + R 0 Vin 即: × = = AT R1 //( R + R 0) R0 Vout R0 R + R0 把（6） 、 （7）式代入上式得： × = AT R0 − R R0 AT − 1 ⇒ R= R0 AT + 1 R1( R + R 0) 由（7）式得： = R0 − R R1 + ( R + R 0) Vout =
(1)
根据电压衰减倍数的要求： AT = Vin /Vout
R // R 0 Vin R1 + R // R 0 R1 + R // R 0 Vin 即: = = AT R // R 0 Vout RR 0 R1 + R + R 0 = AT ⇒ RR 0 R + R0 RR 0 R − R 0 = AT 把（1）式代入（2）式得： RR 0 R + R0 R + R0 ⇒ = AT R − R0 AT + 1 ⇒ R= R0 AT − 1 RR 0 由（2）式得： ( AT − 1) R1 = R + R0 AT + 1 2 R0 ( AT − 1) 把（3）式代入上式得： R1 = AT − 1 AT + 1 R0 + R0 AT − 1 AT 2 − 1 即： R1 = R0 2 AT